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研究生: 楊詠任
Yang, Yung-Jen
論文名稱: 基因演算法在船舶機艙歧管與管群之應用
The application of Genetic Algorithm with consideration of Pipe Trunk and Branch Piping arrangement in Ship’s Engine Room
指導教授: 林忠宏
Lin, Chung-Hung
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 系統及船舶機電工程學系
Department of Systems and Naval Mechatronic Engineering
論文出版年: 2014
畢業學年度: 102
語文別: 中文
論文頁數: 99
中文關鍵詞: 管路佈置管群基因演算歧管管群面浮動節點
外文關鍵詞: Pipe arrangement, Pipe Trunk, Genetic Algorithm, Branch Piping, Pipe Trunk Plane, Floating Node
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  • 船舶中管路佈置最為複雜的部分當屬機艙空間,在過去基因演算法於管路應用的研究中,機艙管路進行佈置時透過獎勵函數與誘導空間的設置,控制管路經過特定區域進行排放,但因誘導空間範圍較大,多條管路佈置時,進入誘導空間的管路排列較為雜亂;在歧管佈置方面,透過分歧點座標染色體的設定可在佈管空間隨機搜尋到管路分歧之位置,但必須設定好分歧點進出口方向才可進行歧管演算,而無法透過隨機搜尋的方式得到較佳的分歧點進口、出口方向,且尚未考慮到歧管各支管管徑不同之問題。
    本研究延續過去在管路歧管之研究,結合以進出口向量關係設計之懲罰函數,並在適應值中加上考量支管管徑大小之獎勵函數,得以演算出滿足更多歧管佈置需求之結果,使歧管佈置更加多元。另外在管路佈置中引用管群佈置之想法,在進行多條管路佈置時,管路不只誘導到特定區域排放,更要求其能沿著同一佈置平面整齊排列,使機艙內空間能做更有效的運用。而在管群佈置的部分還應用了歧管中分歧點染色體之設置方法,先在管群中隨機搜尋到一浮動節點,再進行管路佈置,能確保每次演算結果都能通過管群,節省管群運算時間。搭配以上的設計,並應用基因演算法軟體(GeneHunter)與電腦輔助設計軟體(PDMS)發展出一組兼具理論與實用性的佈管設計系統,可進行單管路、多管路和歧管等管路設計。

    The most complicated part in ship pipeline arrangement is engine room. In the past, we control the pipeline to pass through a particular region by the setting of reward function and induced space but piping in induced space is messy. For branch piping arrangement, we could search the location of pipe manifold by setting coordinates of pipe manifold as chromosomes, but we could not search the inlet and exhaust manifold randomly and could not solve the piping problem about different diameter of branch piping.
    This study continue the research about branch piping, add inlet and exhaust manifold chromosomes in the penal function and add the branch piping diameter and length as constraints into the reward function so that the branch piping arrangement in engine room can be more motivate. Beside, this study presents the concept of pipe trunk. When there are multiple pipes to be arranged, they can not only be induced to certain region, but also be arranged neatly in the same plane. Finally, in order to make sure that pipes pass through pipe trunk, the program can find “Floating Node” randomly in pipe trunk first and then start the piping arrangement. With the above design, and application of genetic algorithm software (GeneHunter) and computer-aided design software (PDMS) to develop a set of both theory and practical design of piping systems , piping can be single , multi-pipe and manifold and other piping design.

    摘 要 I EXTENDED ABSTRACT II 誌 謝 VII 目  錄 VIII 表 目 錄 XI 圖 目 錄 XIII 第一章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 文獻回顧 2 1.3 研究方法與步驟 6 1.4 論文架構 7 第二章 研究原理 9 2.1 基因演算法 9 2.1.1 基本組織架構 10 2.1.2 運算因子 17 2.1.3 收斂準則 22 2.1.4 傳統基因演算法之改良方式 23 2.2 多目標最佳化 24 2.2.1 多目標最佳化概念 24 2.2.2 工程最佳化設計概念 24 2.2.3 以權重法表示多目標函數 25 第三章 管路佈置空間的描述 27 3.1 數學化實體描述方法 27 3.1.1 建立設備的長方體邊界 27 3.1.2 碰撞檢查 29 3.2 設備操作度虛擬空間 31 3.3 誘導空間 32 3.4 管群佈置空間 33 第四章 管路設計系統之程式簡介 39 4.1 系統環境架構 39 4.2 管路佈置設計流程 41 4.3 管路設計系統之建立 44 4.3.1 背景資料擷取 44 4.3.2 設計變數 47 4.3.3 適應值函數 50 4.4 歧管管路設計 55 4.4.1 歧點進出口方向選定 55 4.4.2 相異管徑歧管設計 59 4.5 管群佈置設計 62 4.5.1 管群佈置步驟 62 4.5.2 導入浮動節點之管群佈置 63 4.6 管路設計系統介面 66 第五章 機艙佈管分析與驗證 68 5.1 程式操作流程 68 5.2 歧管測試實例 75 5.2.1 歧點進出口選定測試 77 5.2.2 多管徑歧管測試結果 79 5.3 管群測試實例 81 5.3.1 單管路管群佈置測試結果 82 5.3.2 管群佈置之初始參數設定 86 5.3.3 多管路管群測試結果 91 第六章 結論與未來展望 95 6.1 結論 95 6.2 未來展望與建議 96 參考文獻 97

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    下載圖示 校內:2019-08-13公開
    校外:2019-08-13公開
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